d라이브러리

리튬이온배터리는 음극의 리튬 금속이 이온화되며 방출한 전자가 이동해 전류를 생성한다. 이온화될 때 한 개의 전자를 방출하는 1족 원소인 리튬 대신, 2~3개의 전자를 방출하는 원소를 사용하면 에너지 밀도를 높일 수 있다. 리튬보다 지구상에 1000배 이상 풍부하고 2개의 전자를 방출하는 마그네슘이 후보로 꼽히고 있지만, 마그네슘은 전해질과 반응해 음극에서 피막이 형성돼 전류가 흐르지 않는 현상이 일어나 배터리 소재로 활용하는 데 제약이 있었다. 

그런데 최근 미국 군사연구소와 메릴랜드대 등 공동연구팀은 마그네슘, 칼슘 등의 배터리에서 전해질로 쓰일 수 있는 물질을 발견해 국제학술지 ‘사이언스’ 10월 8일자에 발표했다. doi: 10.1126/science.abg3954 연구팀은 킬레이트제를 전해질에 활용했다. 킬레이트제는 마그네슘 이온과 강하게 상호작용하면서 전하 이동 속도를 높이고, 마그네슘 이온을 안정화했다. 연구팀이 만든 전해질은 기존 에테르 기반 전해질보다 마그네슘 이온 친화력이 최대 41배 높았다. 

기존 전해질처럼 마그네슘 음극에 피막을 형성하지 않았고, 양극과 음극에 맞닿은 부분이 안정화돼 에너지의 안정성도 높아졌다. 그 결과 배터리의 전반적인 성능이 향상됐다. 마그네슘이온배터리의 에너지 밀도는 1kg당 412Wh로 상용화된 리튬이온배터리와 비슷한 수준을 기록했다.

왕천쉥 미국 메릴랜드대 화학공학과 교수는 “마그네슘이온배터리가 리튬이온배터리와 유사한 에너지 밀도에 도달한 것은 처음”이라고 말했다.